[논문 리뷰] Lopsidedness in WHISP galaxies: II. Morphological lopsidedness

J. van Eymeren, E. Juette외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 03. 25.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 24인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 H i 표면 밀도도를 사용한 푸리에 조화 분해를 통해 70개의 WHISP 은하에서 형태학적 비대칭성(lopsidedness)을 측정하여, lopsidedness(A₁ ≈ 0.1)가 흔하며, 이는 일반적으로 광학적 디스크를 초월해 1–4개의 광학적 반경까지 연장됨을 발견하였다. 이는 전반적인 m=1 모드를 시사한다. 비대칭성은 광학적 반경을 초월해 포화 상태에 이르며, 나선형 구조로 인한 소규모 변동성이 관찰되는데, 이는 tidal 상호작용이 원인일 가능성이 높으며, 특히 초기형 은하에서 더 높은 비대칭성을 보여, 이는 타원형 은하에서의 비대칭성 기원으로서 tidal 상호작용이 유력하다고 시사한다.

ABSTRACT

The distribution of stars and gas in many galaxies is asymmetric. This so-called lopsidedness is expected to significantly affect the dynamics and evolution of the disc, including the star formation activity. Here, we measure the degree of lopsidedness for the gas distribution in a selected sample of 70 galaxies from the Westerbork HI Survey of Spiral and Irregular Galaxies. This complements our earlier work (Paper I) where the kinematic lopsidedness was derived for the same galaxies. The morphological lopsidedness is measured by performing a harmonic decomposition of the surface density maps. The amplitude of lopsidedness A_1, the fractional value of the first Fourier component, is typically quite high (about 0.1) within the optical disc and has a constant phase. Thus, lopsidedness is a common feature in galaxies and indicates a global mode. We measure A_1 out to typically one to four optical radii, sometimes even further. This is, on average, four times larger than the distance to which lopsidedness was measured in the past using near-IR as a tracer for the old stellar component, and will therefore provide a new, more stringent constraint on the mechanism for the origin of lopsidedness. Interestingly, the value of A_1 saturates beyond the optical radius. Furthermore, the plot of A_1 vs. radius shows fluctuations which we argue are due to local spiral features. We also try to explain the physical origin of this observed disc lopsidedness. No clear trend is found when the degree of lopsidedness is compared to a measure of the isolation or interaction probability of the sample galaxies. However, this does not rule out a tidal origin if the lopsidedness is long-lived. Additionally, we find that the early-type galaxies tend to be more morphologically lopsided than late-type galaxies. Both results together indicate a tidal origin for the lopsidedness.

연구 동기 및 목표

• 고감도 H i 데이터를 활용하여 WHISP 설문조사의 70개 은하의 가스 분포에서 형태학적 비대칭성을 정량화하기 위해.
• 이전 연구에서 near-IR 추적자료로 제한되었던 광학적 반경을 초월한 비대칭성의 반경적 측정을 확장하기 위해.
• 비대칭성의 물리적 기원을 탐구하기 위해 비대칭성 진폭(A₁)을 타원형 상호작용 매개변수와 은하 유형과 비교하기 위해.
• 비대칭성이 타원형 상호작용에 의해 유도되는지, 또는 내부 메커니즘에 의해 유도되는지, 특히 장기적으로 지속 가능한지 여부를 판단하기 위해.
• 동일한 은하 샘플에서 형태학적 비대칭성과 운동학적 비대칭성 간의 일관성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 형태학적 비대칭성의 진폭을 정의하기 위해 H i 표면 밀도도의 첫 번째 각도 푸리에 성분(A₁)을 추출하기 위해 조화 분해를 수행한다.
• WHISP 설문조사에서 확보한 깊이 있고 중간 해상도의 H i 데이터를 사용하여, 광학적 디스크(R_opt)를 초월한 영역까지 A₁를 측정한다.
• 근처의 동반 성간 물체의 수와 질량을 기반으로 타원형 상호작용 확률을 평가하기 위해 Tully Nearby Galaxies Catalogue를 사용하여 타원형 매개변수(T_p)를 계산한다.
• 비대칭성 진폭(A₁)과 은하 유형(초기형 대 후기형) 및 타원형 매개변수(T_p)를 비교하여 타원형 또는 내부 기원을 시사하는 상관관계가 있는지 테스트한다.
• A₁의 반경적 프로파일을 분석하여 전반적인 추세와 국소적 변동성을 식별하고, 후자를 스윙 증폭에 의해 유도된 국소적 나선형 구조로 해석한다.
• 형태학적 비대칭성(A₁)을 Paper I에서 기반으로 한 운동학적 비대칭성과 비교하여 일관성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 WHISP 은하의 H i 가스 분포에서 형태학적 비대칭성의 반경적 범위는 무엇이며, 이는 이전의 near-IR 추적자료를 사용한 연구와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 비대칭성의 위상은 반경에 따라 일정한가? 이는 전반적인 m=1 모드를 시사하는가?
• RQ3 비대칭성 진폭(A₁)이 타원형 상호작용 강도(T_p)와 상관관계가 있는가? 이는 타원형 기원을 시사하는가?
• RQ4 초기형 은하가 후기형 은하보다 더 비대칭적인가? 이는 비대칭성 기원에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 반경에 따른 A₁의 변동성은 전반적인 모드가 아닌 국소적 나선형 구조에서 기인하는가?

주요 결과

• 광학적 디스크 내에서 비대칭성의 평균 진폭(A₁)은 약 0.1로, 가스 분포에서 뚜렷하고 흔한 비대칭성을 나타낸다.
• 대부분의 은하에서 비대칭성은 광학적 반경의 1–4배까지 측정되었으며, 일부의 경우 최대 10 R_opt까지 연장되었으며, 이는 이전의 near-IR 데이터로 수행된 연구보다 훨씬 더 넓게 확장된 것이다.
• 광학적 반경을 초월하여 A₁ 값은 포화 상태에 이르며, 이는 비대칭 모드의 성장 또는 영향력에 대한 물리적 한계를 시사한다.
• 비대칭성의 위상은 반경에 따라 놀랍도록 일정하게 유지되며, 이는 전반적인 m=1 모드를 지지하는 것이다.
• 반경에 따른 A₁의 소규모 변동성은 스윙 증폭에 의해 유도된 국소적 나선형 구조에서 기인한 것으로 해석된다.
• A₁와 타원형 매개변수 T_p 사이에 유의미한 상관관계는 발견되지 않았지만, 초기형 은하에서 더 높은 비대칭성을 보여, 비대칭성이 장기적으로 지속 가능할 경우 타원형 상호작용이 기원일 가능성이 높다.